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酱油启示录——24

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本帖最后由 路过打酱油。。 于 2013-6-17 10:28 编辑

路过上堂半导体基本概念课,名词解释的那钟。当然,不想用《模拟电子》类书中的那些个东西来忽悠你,也不想坠落到《半导体物理》的深渊中去。凑或着看吧:

电子态和能级

《量子力学》意义下的电子是用其状态(简称态)来描述的。在一块有限大小的固体内,所有电子都各处在不同的态上,这就是泡利不相容原理(源于全同性原理——即性质相同的粒子不可编号)。虽然某些不同电子态的能量可以相同(称简并态),但总体来说,有限大小的固体内的电子能量被分配在密密麻麻但有限个能级之上(电子数量有限)。

能带

对于某种具体的固体,可通过解薛定谔方程(一种《量子力学》基本方程,其地位等同于《经典力学》中的牛吨方程)得到其电子能级的分布。此能级分布形态形似一条条“带子”(称能带),带内能级差非常小以至于基本可以忽略而将其视为一段连续能区,而带间却有一个通常不可忽略的间隙(称能隙,固体中电子的能量不能落在其中)。由于能隙的存在,给固体内电子的带间能级跃迁带来了障碍(并非坏事)。

本征半导体

本征半导体(即纯净的半导体)有两条重要的能带,其一是价带(零温下挤满了电子),其二是导带(零温下无电子),且两带间的能隙不大。一定温度下电子可以从价带跃迁到导带,这样便形成了两种载流子——即导带中的电子和价带中的空穴(电子可借此空穴移动),两者数量相等。显见,半导体的导电能力和环境因素(如温度)有着密切的关系,这也是“半导体”的本质。

掺杂半导体

本征半导体需由温度激发出载流子才可能导电,所以其导电性能不佳且受温度影响很大。如果在本征半导体中掺入三价或五价的“杂质”,就可形成具备固有价带空穴(P型)和固有导带电子(N型)的两类掺杂半导体。掺杂半导体的导电能力由掺杂浓度和温度等因素确定,相比本征半导体其温度因素的影响要小很多。

多数载流子和少数载流子

掺杂半导体具备固有的载流子(如P型的空穴和N型的电子),此为多数载流子。由于温度可将半导体内的价带电子激发跃迁至导带,这就在原固有多数载流子基础上增添了一定量的成对空穴和电子作为附加载流子,与原固有载流子同性的构成总的多数载流子(简称多子),而异性的单独构成少数载流子(简称少子)。

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沙发
chunk| | 2013-6-17 13:04 | 只看该作者
改造世界观,得一步一步来。

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板凳
路过打酱油。。|  楼主 | 2013-6-17 13:34 | 只看该作者
续前:

PN结

若将两快P型和N型的掺杂半导体结合在一起,由于其各自的载流子浓度不同,浓度高的向浓度低处扩散。跨过PN结后的原多子摇身一变成了邻居的少子,且可能与其多子复合而不再是个载流子,导致出现一个缺少载流子的耗尽区。由于原本中性的掺杂半导体流入了多余的少子致使其不再呈中性而带上了与其多余少子同性的电荷,而由此电荷产生了PN结的内建电场。由此电场驱使载流子飘逸回去,最终形成动态平衡。

PN结正反偏置

PN结在零偏置下,其PN结界面两边都存在有一定厚度的耗尽区(层)。如果PN结正偏,P区注入的空穴和N区注入的电子会捕获原本扩散而入的复合少子,致使两边的耗尽区变薄而导通。反之如果PN结反偏,P区注入的电子和N区注入的空穴会进一步与原耗尽区外的多子复合,致使两边的耗尽区变厚而截止。

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地板
半岛迷心| | 2013-6-17 13:50 | 只看该作者
看完不顶什么心态?不够觉悟吗?火前留名不知吗?强势插了不知吗?

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5
路过打酱油。。|  楼主 | 2013-7-4 12:00 | 只看该作者
补上几个基本概念。

1)费米-狄拉克统计——电子是费米子,符合费米-狄拉克统计。注意,这是《量子统计》。

2)波尔兹曼统计——这是个经典统计,在此仅作为费米-狄拉克统计的近似。

3)费米能级——一个统计量,表怔固体内电子能量“平面”的统计高度(类比水面高度)。

4)扩散势能——扩散是由“势能差”导致的,这是费米能级差的另一种描述方式。

半导体的“原理”描述分成几个层次,基本三大类:1)《半导体器件物理》——严格按照物理原理且适当引入一定的近似计算,2)《电子学》——形象化描述且简化计算,3《模拟电路》——只见“模型”。

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